一种低检测阈值的高速主被动混合淬火电路设计

基于标准CMOS工艺,设计了一种用于单光子探测器的高速、低功耗主被动混合淬火电路。采用电流镜结构,设计一种低阈值快速比较器,将雪崩电流与阈值电流进行比较,以实现雪崩电流检测;比较器输出信号控制雪崩光电二极管的阳极电压,从而实现淬灭与恢复。采用Cadence软件,根据SPAD的SPICE模型,完成电路设计与仿真。结果表明,该淬火电路的淬灭时间为0.5 ns,恢复时间为1.34 ns,整体的死区时间为13.4 ns,检测阈值为1.3μA,功耗小于0.046 mW。

船用主被动混合隔振器的自适应控制研究

为了有效隔离舰船动力机械产生的低频线谱,本文基于电磁橡胶液压一体化主被动混合隔振器,开展混合隔振器的自适应控制研究。首先,将小波包自适应控制算法与Hartley域块算法相结合,提高控制系统的收敛速度;其次,分析块算法中时滞现象对控制系统的影响,并提出时滞在线估计与预测补偿算法,改善控制系统的控制精度,同时对时滞补偿算法的可行性进行仿真分析。实验结果表明,所提出的改进自适应控制算法能够很好地应用于主被动混合隔振器,有效隔离低频线谱。

穿堤管道主被动混合振动控制与分析

针对泵站机组运行引起的供排水穿堤管道振动问题,该研究提出一种磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)-谐调质量阻尼器(tune mass damper,TMD)有机融合(magnetorheological-tune mass damper,MRTMD)的主被动混合控制体系。利用基于线性二次型(linear quadratic regulator,LQR)最优控制算法,以结构响应加速度取最小为目标函数,优化得到主被动混合振动控制体系相关参数,以提高减振效率和稳定性。通过模拟泵站运行荷载与冲击荷载激励下的结构动力响应控制效果分析,探讨混合控制装置输出阻尼力的鲁棒性和减振效果。将MRTMD应用于穿堤管道工程,从时频域角度分析了所提出的主被动混合控制体系减振效率与有效减振频带范围,结果表明:MRTMD对结构振动耗能能力强,减振频带范围广,效果优于单一的TMD和MRD控制;针对穿堤管道结构振动响应的控制效果良好,加速度响应减振效率达到37.56%~38.07%,位移响应减振效率达到40.23%~41.38%;对机组主轴转动引起的转频、倍频等机械振动均可有效减弱,特别是对水流冲击、叶轮内形成的轴向漩涡造成的中低振动频率减振效果显著。该方法可为穿堤管道结构减振控制提供参考,保障穿堤管道结构安全运行。

主被动混合式柔性防护网联合作用效果初步分析

主被动混合式柔性防护网在拦截落石后可使其低速逸出,首先对现有结构进行梳理。之后为研究其结构性能,首先对基本构件环网网环与减压环进行了材性试验,建立了两段式网片等待模型与三段式减压环等待模型,并利用LSdyna构建数值仿真平台,对主被动混合式落石防护网结构体系进行落石冲击拦截与缓冲全过程研究,最终结果表明此类结构有稳定的耗能能力,对落石动能的吸收达90%以上,落石最终低速逸出。研究也发现系统以网片为主要耗能构件,耗能装置启动并不充分,且各主要构件耗能分配构成不合理,需进一步进行研究。

磁悬浮-气囊主被动混合隔振器力学特性及主动隔振实验研究

低频线谱的有源控制是减振降噪中的重要技术,在对磁悬浮-气囊混合隔振器理论研究与有限元仿真的基础上,设计了专门针对混合隔振器的测力工装夹具,进一步对混合隔振器进行了主动控制力实验研究,得出混合隔振器输出力特性。在实验的基础上针对机械线谱振动,提出一种基于力为误差信号的主动控制方法,并进行实验验证。实验结果表明:在以力为误差信号下,对主被动混合隔振平台传递力的低频线谱控制效果好,并可显著降低主动控制实验平台的低频线谱振动。

主被动混合压电网络悬臂梁结构的建模与比较

以Euler-Bernoulli悬臂梁作为研究对象,对主被动混合压电网络(Active-Passive Hybrid Piezoelectric Network,APPN)进行分析与优化。利用Hamilton原理和Rayleigh-Ritz法建立集成式和分离式APPN悬臂梁结构的动力学模型,并对APPN中的电阻和电感进行参数优化。在此基础上,利用速度反馈控制设计主动控制器,分别对集成式和分离式APPN悬臂梁结构的开环和闭环特性进行数值仿真分析。仿真结果表明,两种结构形式的APPN均能够有效地抑制结构振动,集成式APPN在窄频带的振动控制性能优于纯主动控制,而分离式APPN则在更宽的频带具有比集成式APPN和纯主动控制更好的振动控制性能。

旋转机械主被动混合隔振虚拟样机技术及实验研究

提出一种旋转机械主被动混合隔振虚拟样机方法,并通过实验对虚拟样机仿真结果进行验证。首先对柴油发电机组电磁-气囊主被动混合隔振系统进行建模,然后对电磁作动器进行理论分析与实验,得到电磁作动器输出力特性。通过利用多刚体动力学软件ADAMS与MATLAB/SIMULINK联合,搭建柴油发电机组主被动混合隔振虚拟样机系统,对虚拟样机进行了冲击摇摆的计算,并进行控制算法与主被动混合隔振研究,同时搭建了物理样机实验平台并对仿真结果进行实验验证。结果表明:主被动混合隔振虚拟样机所得结果与实验结果相吻合,可以作为主被动混合隔振系统研制的重要依据。

主被动混合隔振的虚拟样机技术

为了能够更准确方便得到主被动混合隔振系统的特性与设计参数,利用虚拟样机技术对主被动混合隔振系统进行了主动控制仿真研究。首先,对主被动混合隔振平台进行了理论计算与模态分析;然后,通过ADAMS软件创建了混合隔振平台的虚拟样机,并将其导入至MATLAB/SMULINK中搭建了主被动混合隔振系统,通过变步长法对主被动混合隔振系统进行了次级通道辨识,并在此基础上基于多通道Fx-LMS算法进行了主被动混合隔振的效果分析。仿真结果表明:利用虚拟样机技术对主被动混合隔振系统进行主动控制取得了较好的控制效果,为主被动混合隔振物理样机的设计与制造提供了新的思路与方法。

事件触发机制下NNCS的主被动混合容错控制

考虑到具有时变时延的实际NCS的非线性特性以及执行器发生失效故障的随机性,研究了离散事件触发机制下NNCS主被动混合容错控制.首先通过T-S模糊模型建模,并利用并行分布补偿方案以及构造Lyaounov-Krasovskii泛函等方法,基于H∞控制思想,设计了故障检测观测器,以实现对故障的在线检测;然后通过离线设计的被动容错控制器确保在已知故障发生时系统保持稳定,在未知故障发生初期,能减缓系统性能下降的速度,并通过重构控制器来补偿未知故障对系统的影响;最后通过一个仿真算例验证了离散事件触发方式对网络资源的节约性以及所采用方法的有效性.

主被动混合隔振中的功率放大器设计及实验

磁悬浮主被动混合隔振能有效控制机械设备的宽频振动和低频线谱振动。功率放大器作为该系统的功率变换装置,其性能直接影响主被动混合隔振效果。通过介绍PWM开关功率放大器的基本原理,分析了设计参数对其性能的影响。针对主被动混合隔振需求,对开关功率放大器进行了参数设计。仿真和实验结果表明:该功率放大器参数设计合理,能满足主被动混合隔振需求。

电磁-气囊主被动混合隔振系统抗冲击设计研究

舰船设备的抗冲击性能设计直接关系到其是否能够顺利实现实用化。本文针对电磁-气囊主被动混合隔振系统抗冲击的设计要求,首先对电磁-气囊主被动混合隔振器进行抗冲击悬挂结构设计并通过仿真和试验获得了混合隔振器的位移载荷特性;其次推导了混合隔振系统中限位器的数学模型并建立了主被动混合隔振系统的多刚体动力学模型,研究了主被动混合隔振系统在冲击载荷下,不同限位器参数对冲击响应的影响。结果表明,所设计的隔振器抗冲击悬挂结构和隔振系统的限位器能够很好地满足舰船设备对抗冲击性能的要求。

单光子探测器SPICE模型及主被动混合淬灭电路研究

单光子雪崩光电二极管(SPAD)是目前激光测距领域常见的单光子探测器。针对SPAD在单光子探测应用中的高速淬灭问题,设计了一种可以快速淬灭雪崩电流、缩短偏置电压恢复时间的主被动混合淬灭电路。根据实际使用的SPAD器件相关性能参数,建立了SPAD的SPICE模型;使用被动淬灭电路对该模型进行验证,证实了该模型的准确性和实用性;结合SPICE模型,通过计算机仿真技术对主被动混合淬灭电路进行了参数调整和功能验证。结果表明,所设计电路的淬灭时间和恢复时间分别达到200和400ps,满足单光子激光测距的应用需求。该混合淬灭电路结构简单,可以用于全集成单光子阵列探测器的相关研究。

七自由度主被动混合式机器人运动学分析

针对传统工业机器人工作空间不足的问题,设计出一款七自由度主被动混合式机器人。该机器人包含被动部分和主动部分,被动部分用于把主动部分机器人置于工作前的摆位,以适应更多范围的机械臂工作。基于D-H法建立了机器人正运动学模型,通过代数法建立了机器人逆运动学模型,获得了机器人关节空间与工作空间的转换关系。基于Sim Mechanics搭建了混合式机器人的机构模型,基于Simulink搭建了正向、逆向运动学的仿真模型,通过仿真验证了正向、逆向运动学模型的正确性。根据蒙特卡洛法分析了机器人主动关节的工作空间。

负电容在主-被动混合压电振动控制中的应用

针对压电被动振动方法中分支电路参数环境适应能力差、电路复杂和压电主动振动方法需要较高输入功率的问题,提出了一种基于负电容压电分支电路和小波变换自适应算法的振动主-被动混合控制策略.文中阐述了这种主-被动混合振动控制方法的原理,分析了被动控制效果、主动控制电压与负电容参数的关系.仿真和实验结果表明,这种主-被动混合振动控制方法能够有效抑制结构振动,其控制效果优于单独的主动控制或被动控制.

基于事件的机器人主-被动混合力-位控制方法

机器人系统螺丝锁付过程中实际接触力难以精确获得;若采用力传感信号来检测接触力并加以控制,力传感器不易安装,且传感器噪声和信号传输延迟都会对控制的精确性产生影响,使得系统不可控。本文采集伺服电机转矩值经过换算得到末端锁付头与工件的接触力,来替代直接采用力传感器信号反馈末端执行器的接触力。以螺丝锁付过程中期望的锁止扭矩作为阈值,并通过能量均衡器对预测力值和当前解算力值进行能量校正,使锁付机器人控制系统保持无源性且具备主动柔顺的能力,来达到系统的安全性。针对一种精密塑胶件自动化锁付,本文设计实现一种被动柔顺机构,并结合基于事件的力位混合控制策略,验证机器人锁付过程中主-被动力-位混合控制的安全性和可行性。

基于主、被动混合模式的柔性薄板振动抑制的控制位置设计

薄板结构被广泛应用在各种领域中,但其自身具有较高柔性,在实际工程应用中易产生较大振动.采用各类主动或被动方式的抑振装置是解决上述问题的有效手段.采用一种主被动混合抑振策略可实现对薄板结构振动的有效控制.首先建立了薄板结构的等效矩形板的动力学模型,设计了主、被动混合控制器,并利用数值仿真的方法分别对纯被动、主被动混合控制两种抑振方法进行了分析和比较.仿真结果显示,在薄板的一阶、二阶、三阶振动下,纯被动抑振方案的抑振率分别为37.195%、40.88%、11.395%,主被动混合模式抑振方案的抑振率分别为74.43%、67.68%、24.395%,主被动混合模式抑振方案有更好的抑振效果.

用于坡路助行的主/被动力矩实现方法研究

针对智能助行器坡路助行需求,提出了一种主/被动力矩实现方法。该方法利用磁流变制动器阻力矩可控的特点,结合磁流变制动器、蜗轮蜗杆减速器与直流电机,构成主/被动混合执行器。通过磁流变制动器与直流电机的协调工作,获得可控的主动力矩和被动力矩。设计了转子截面具有T形结构的磁流变制动器,应用有限元法对制动器内部的磁路进行分析,获取了制动器的力学性能参数。在此基础上,研制了主/被动混合执行器,并建立了其力学性能测试系统,完成了实验研究。实验结果表明,所提出的方法既能够提供可控的主动力矩,又能够提供可控的被动力矩。所研制的主/被动混合执行器,可以满足智能助行器坡路助行的功能要求。

主动控制用大输出力电磁作动器优化设计

采用将电磁作动器集成至气囊隔振器内部的方式能够很好地实现宽频隔振与线谱控制,但由于气囊内的空间有限,作动器在有限的空间内其体积要尽可能小的同时,还要输出足够大的主动控制力,这对主动控制用大输出力电磁作动器的优化设计提出了更高的要求。建立了电磁作动器的理论模型与漏磁模型;采用ANSYS有限元软件中的优化模块对电磁作动器进行了优化设计,并获得了符合结构尺寸与主动控制输出力要求的作动器;分析了电磁作动器的可控输出力与最大磁饱和密度随电流变化的关系。仿真结果表明,设计的电磁作动器在满足空间尺寸的前提下,通入6A交变电流时其输出的主动控制力能够达到646N,满足设计指标,有助于作动器的研制。

压电混合约束层阻尼梁结构的振动控制

为提高主被动混合压电网络的振动控制频带,结合主被动混合压电网络和被动约束层阻尼结构各自的优点,提出了一种压电混合约束层阻尼结构用于悬臂梁结构的振动控制.利用复剪切模量模型描述粘弹性材料的力学特性,运用Hamilton原理和Rayleigh-Ritz法推导压电混合约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型.在此基础上,采用速度反馈控制策略设计主动控制器,并对系统的开环和闭环特性进行数值分析.分析结果表明,与主被动混合压电网络相比,压电混合约束层阻尼结构具有更显著的振动控制性能和更宽的振动控制频带.而且这种压电混合约束层阻尼结构可以很容易地推广到对其他结构的振动控制.

混合式太阳能圈舍在内蒙古农牧区应用探究

通过研究被动式太阳能暖棚牲畜圈舍和主被动混合式太阳能暖棚牲畜圈舍的供热原理,给出了两种太阳能圈舍的基本结构和供暖系统,并对它们的特点作了比较,总结出在内蒙古农牧区推广使用主被动混合式太阳能暖棚牲畜圈舍可以有效解决牲畜过冬问题,大幅提高牲畜的饲料利用效果和生产性能,降低饲养成本和幼畜死亡率,真正解除严寒对畜牧业发展的制约。